(57)【要約】【課題】破損しにくい流量計を提供する。【解決手段】流路が設けられた筐体と、流路を流れる流体の流量又は流速を検出するための流れセンサ８と、を備える流量計であって、流れセンサ８が、凹部６６が設けられた基板６０と、流路と平行に凹部６６を橋状に跨ぐ膜１６５と、流路に沿って膜１６５に設けられた、第１の測温素子６２、発熱素子６１、及び第２の測温素子６３と、を備える、流量計。【選択図】図２
2013064634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路が設けられた筐体と、
前記流路を流れる流体の流量又は流速を検出するための流れセンサと、
を備える流量計であって、
前記流れセンサは、
凹部が設けられた基板と、
前記流路と平行に前記凹部を橋状に跨ぐ膜と、
前記流路に沿って前記膜に設けられた、第１の測温素子、発熱素子、及び第２の測温素子と、
を備える、
流量計。
【請求項２】
前記膜の両側の縁が、前記流路と平行である、請求項１に記載の流量計。
【請求項３】
前記凹部の深さ方向に対して垂直な断面の形状が四辺形であり、
前記四辺形の対角線の一つが前記流路と平行であり、
前記膜が前記対角線上に配置されている、
請求項１又は２に記載の流量計。
【請求項４】
前記凹部の深さ方向に対して垂直な断面の形状が六角形であり、
前記六角形の対角線の一つが前記流路と平行であり、
前記膜が前記対角線上に配置されている、
請求項１又は２に記載の流量計。
【請求項５】
前記凹部の深さ方向に対して垂直な断面の形状が円形である、請求項１又は２に記載の流量計。
【請求項６】
前記膜にスリットが設けられた、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は計測技術に関し、特に流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業炉、ボイラ、及び空調熱源機器等においては、適切な流量の流体が供給されることが求められている。そのため、流量を正確に計測するための流量計が種々開発されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２３９１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
流量計の計測対象となる流体は、パイプ等の流路を流れてくる。流体は清浄であることが好ましいが、ごみ、ちり、ほこり等のダストが、流体に運ばれてくることもあり得る。ダストが流量計に付着すると、流量計の破損の原因となり得る。そこで、本発明は、破損しにくい流量計を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の態様によれば、（ａ）流路が設けられた筐体と、（ｂ）流路を流れる流体の流量又は流速を検出するための流れセンサと、を備える流量計であって、流れセンサは、（ｃ）凹部が設けられた基板と、（ｄ）流路と平行に凹部を橋状に跨ぐ膜と、（ｅ）流路に沿って膜に設けられた、第１の測温素子、発熱素子、及び第２の測温素子と、を備える、流量計が提供される。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、破損しにくい流量計を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る流量計の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る流れセンサの斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る図２に示した流れセンサのＩＩＩ−ＩＩＩ方向から見た断面図である。
【図４】本発明の比較例に係る流れセンサの斜視図である。
【図５】本発明の比較例に係る図４に示した流れセンサのＶ−Ｖ方向から見た断面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る流れセンサの上面図である。
【図７】本発明の比較例に係る流れセンサの上面図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る流れセンサの斜視図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る図８に示した流れセンサのＶＸ−ＶＸ方向から見た断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【０００９】
（第１の実施の形態）
図１に示す第１の実施の形態に係る流量計は、パイプ状の流路１が設けられた筐体２と、流路１を流れる流体の流量又は流速を検出するための流れセンサ８と、を備える。流体は、気体であっても、液体であってもよい。また、流量計の構成を耐腐食性にすることにより、流体は腐食性であってもよい。流れセンサ８は、流量センサ、あるは流速センサであり、斜視図である図２、及びＩＩＩ−ＩＩＩ方向から見た断面図である図３に示すように、凹部６６が設けられた基板６０と、流路１と平行に凹部６６を橋状に跨ぐ膜１６５と、を備える。凹部６６を橋状に跨ぐ膜１６５は、基板６０の表面を覆う膜６５と連続している。膜１６５及び膜６５は、例えば絶縁膜である。さらに、流れセンサ８は、流路１に沿って膜１６５に設けられた、第１の測温素子６２、発熱素子６１、及び第２の測温素子６３と、を備える。具体的には、第１の測温素子６２は、発熱素子６１に対して、流路１の上流側に配置されている。また、第２の測温素子６３は、発熱素子６１に対して、流路１の下流側に配置されている。
【００１０】
なお、流れセンサ８が、図１に示すように、流量計の流路１の天井面に設けられた場合、図３に示す流れセンサ８の上下は反対になる。
【００１１】
図２及び図３に示す基板６０の厚みは、例えば０．５ｍｍである。また、基板６０の縦横の寸法は、例えばそれぞれ１．５ｍｍ程度である。基板６０の材料としては、シリコン（Ｓｉ）あるいは石英ガラス（ＳｉＯ2）等が使用可能である。凹部６６は、異方性エッチングあるいはサンドブラスト等により形成される。凹部６６の深さ方向に対して垂直な断面の形状は、例えば正方形等の四辺形である。凹部３６は、例えば、四辺形の断面の対角線の一つが、流路１を流れる流体の進行方向と平行になるように、基板６０に設けられている。凹部６６を橋状に跨ぐ膜１６５は、断熱性のダイアフラムをなしている。例えば、膜１６５は、凹部３６の四辺形の断面の対角線の一つの上に配置されており、膜１６５の両側の縁は、流路１を流れる流体の進行方向と平行である。膜１６５が凹部６６を橋状に跨ぐことにより、凹部６６の内部が膜１６５の両側から露出し、凹部６６内のガスの置換が速くなる。膜１６５及び膜６５の材料としては、酸化ケイ素（ＳｉＯ2）あるいは窒化ケイ素（ＳｉＮX）等の絶縁膜が使用可能である。
【００１２】
発熱素子６１は、凹部６６を橋状に跨ぐ膜１６５の中心に配置されている。発熱素子６１は、例えば抵抗器であり、電力を与えられて発熱し、流路１に流れる流体を、流体の温度よりも一定温度、例えば１０℃高くなるよう、加熱する。第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３は、例えば抵抗器等の受動素子等の電子素子であり、雰囲気ガスのガス温度に依存した電気信号を出力する。第１の測温素子６２は発熱素子６１より流路１の上流側の温度を検出するために用いられ、第２の測温素子６３は発熱素子６１より流路１の下流側の温度を検出するために用いられる。発熱素子６１、第１の測温素子６２、及び第２の測温素子６３のそれぞれの材料には白金（Ｐｔ）等が使用可能であり、リソグラフィ法等により形成可能である。
【００１３】
図１に示す流路１中の流体が静止している場合、図２及び図３に示す発熱素子６１から流体に加えられた熱は、上流方向と下流方向へ対称的に拡散する。したがって、第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３の温度は等しくなり、白金等からなる第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３の電気抵抗は等しくなる。これに対し、図１に示す流路１中の流体が上流から下流に流れている場合、図２及び図３に示す発熱素子６１から流体に加えられた熱は、下流方向に運ばれる。したがって、上流側の第１の測温素子６２の温度よりも、下流側の第２の測温素子６３の温度が高くなる。そのため、第１の測温素子６２の電気抵抗と、第２の測温素子６３の電気抵抗と、に差が生じる。第２の測温素子６３の電気抵抗と、第１の測温素子６２の電気抵抗と、の差は、図１に示す流路１中の流体の速度と相関する。そのため、第２の測温素子６３の電気抵抗と、第１の測温素子６２の電気抵抗と、の差から、流路１を流れる流体の流量あるいは流速が求められる。
【００１４】
ここで、図４に示すように、流れセンサ１０８の膜２６５が、流路１を流れる流体の進行方向に対して垂直に凹部６６を跨ぐ場合、図５に示すように、凹部６６を橋状に跨ぐ膜２６５の縁に、流体に運ばれてきたダスト９０がひっかかって付着し得る。膜２６５にダスト９０が付着すると、ダスト９０の重みやダスト９０により増加する空気抵抗のため、膜２６５に応力が加わり、膜２６５に破損が生じ得る。これに対し、第１の実施の形態に係る流量計の流れセンサ８においては、図２及び図３に示すように、流路１と平行に膜１６５が凹部６６を跨ぐため、膜１６５の縁にダストが付着しにくい。そのため、膜１６５に破損が生じにくい。よって、第１の実施の形態に係る流量計は、長い寿命を実現することが可能である。
【００１５】
また、短冊状の発熱素子６１の長手方向が、流路１を流れる流体の進行方向に対して垂直である場合、図６に示す流路１と平行に凹部６６を跨ぐ膜１６５に設けられた発熱素子６１と、基板６０と、の距離ａは、図７に示す流路１に対して垂直に凹部６６を跨ぐ膜２６５に設けられた発熱素子６１と、基板６０と、の距離ｂよりも長くなる。そのため、膜１６５を介した基板６０への熱伝導を抑制することも可能となる。結果として、発熱素子６１の消費電力を抑制することが可能となる。また、流体が発熱素子６１で効率良く加熱されるため、第１の測温素子６２及び第２の測温素子６３による温度変化の検出時間が短縮される。
【００１６】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る流量計の図８及び図９に示す流れセンサ８は、凹部６６を橋状に跨ぐ膜１６５に、スリット７１、７２が設けられている。スリット７１は、第１の測温素子６２の上流側に設けられている。また、スリット７２は、第２の測温素子６３の下流側に設けられている。スリット７１、７２を設けることにより、発熱素子６１で生じた熱が、基板６０に伝わりにくくなる。第２の実施の形態に係る流量計のその他の構成要素は、第１の実施の形態と同様であるので、説明は省略する。
【００１７】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施の形態及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、第１の実施の形態では、図２及び図３に示す凹部６６の深さ方向に対して垂直な断面の形状が、四辺形である例を説明した。これに対し、凹部の深さ方向に対して垂直な断面の形状は、六角形であってもよい。この場合、凹部は、例えば、六角形の断面の対角線の一つが、流路１を流れる流体の進行方向と平行になるように、基板６０に設けられている。また、膜１６５は、凹部の六角形の断面の対角線の一つの上に配置される。あるいは凹部の深さ方向に対して垂直な断面の形状は、他の多角形であってもよいし、円形であってもよい。したがって、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。
【符号の説明】
【００１８】
１    流路
２    筐体
８、１０８    流れセンサ
６０  基板
６１  発熱素子
６２  第１の測温素子
６３  第２の測温素子
６５、１６５、２６５  膜
６６  凹部
７１、７２    スリット
９０  ダスト
【図１】
2013064634.tif 000003
【図２】
2013064634.tif 000004
【図３】
2013064634.tif 000005
【図４】
2013064634.tif 000006
【図５】
2013064634.tif 000007
【図６】
2013064634.tif 000008
【図７】
2013064634.tif 000009
【図８】
2013064634.tif 000010
【図９】
2013064634.tif 000011